biologia

El caldo primigenio en un modelo computacional
Pocos pensarían que el origen de la vida, el gran campo magnético de Júpiter, y el principio de Arquímedes tienen algo en común con una olla de presión. Y sin embargo, así es. Los tres casos responden a un mismo proceso que ha sido modelado recientemente y por primera vez por investigadores mexicanos.
Rubén Santamaría, del Instituto de Física dela UNAM, en colaboración con el polaco Ludwik Adamowicz de la Universidad de Arizona y Hortensia Rosas-Acevedo de la Facultad de Estudios Superiores Zaragoza de la UNAM, se dieron a la tarea de construir un modelo para simular el comportamiento de los componentes que están dentro de una olla de presión.
En su artículo “Microscopic pressure-cooker model for studying molecules in confinement”publicado el 17 de noviembre de 2014 en la revista Molecular Physics, Santamaría y su equipo describen un modelo para el confinamiento de moléculas, así como las expresiones para determinar la temperatura, presión y volumen del sistema.
El origen de la vida y la olla de presión
La primera prueba de que se pueden formar espontáneamente moléculas orgánicas a partir de sustancias inorgánicas simples sellevó a cabo en 1952 por los científicos estadounidenses Stanley Miller y Harold Clayton Urey en la Universidad de Chicago.
El experimento de Miller y Urey fue clave para apoyar la teoría del caldo primigenio(o prebiótico) propuesto por el ruso Aleksander Oparin en 1924 y es una de las hipótesis centrales sobre la creación de la vida.
Se basa principalmente en reproducir en un lugar hermético lascondiciones que se dieron en la tierra hace millones de años, junto con el caldo primigenio usando los elementos en las proporciones en las que se encontraban entonces y rayos ultravioleta. El resultado fue la generación de estructuras simples que conforman a las proteínas, base de las criaturas vivas.
En el caso de la olla, al ser un recipiente hermético en contacto con un baño térmico, podemosimponer presiones mucho más altas que la atmosférica, simultáneamente considerando los efectos de temperatura. Por ejemplo, bajo los efectos de presión, la ebullición del agua se da por encima de los 100°C. Así la temperatura más alta hace que los alimentos se cocinen más rápido.
Lo que Santamaría y sus colaboradores hicieron fue una olla de presión a nivel molecular, “en esencia lo que nuestrasecuaciones hacen es describir este proceso, pero considerando interacciones de la física cuántica entre partículas, y limitando el modelo a sistemas moleculares”, comenta el investigador.
¿Qué tiene que ver eso con el origen de la vida? Para que se pudiera formar lo que hoy es la base de todo ser viviente, fue necesaria una recombinación de compuestos, es decir, los compuestos existentes en elcaldo prebiótico rompieron sus enlaces atómicos para formar nuevos enlaces dando lugar a nuevos compuestos.
El rompimiento entre enlaces se dio a partir de la radiación, hace millones de años y se simuló en el experimento de Miller–Urey. En el modelo de Rubén Santamaría, el rompimiento es gracias a la combinación de varios efectos, los de presión, temperatura y radiación en los compuestos que seencuentran en la olla.
El modelo a la mexicana
Así, con un modelo de “olla de presión” Santamaría y sus colaboradores derivaron las ecuaciones apropiadas que describen los movimientos de las moléculas en un sistema confinado bajo presión y temperatura.
Para esto, Santamaría consideró un grupo de moléculas de agua, amoniaco y metano confinados en una jaula tipo fullereno formada por 180 átomosde helio. Los átomos de helio, en contacto con el baño térmico, transmiten energía a las moléculas enjauladas también sujetas a presión.
De esta manera, la energía de las moléculas confinadas aumenta proporcionalmente a la energía que le es transferida desde los átomos de la jaula. Un aumento en el volumen de la jaula puede reducir la presión, mientras que el grado de enfriamiento de la jaula y...